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La columna de ISA Sección Española

La rEvolución del gemelo digital

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La idea del gemelo digital es bastante intuitiva: una representación virtual de una realidad física. Sin embargo, la interpretación de lo que es un gemelo digital varía en función de lo que se pretende obtener de esa representación virtual. La aproximación de los proveedores de este tipo de soluciones a menudo está influenciada por las tecnologías que ofrecen. Además, el hecho de que actualmente no exista una definición estandarizada de lo que es un gemelo digital, está generando cierta incertidumbre en torno a este concepto.


Donde sí parece haber consenso es en los beneficios que esta tecnología puede proporcionar: poder "experimentar con el futuro" explorando escenarios hipotéticos de forma segura y económica para evitar problemas potenciales y tomar decisiones más eficientes.


Para la industria, el uso de herramientas de simulación, modelado o análisis no es algo nuevo. Sectores como el aeronáutico o el de petróleo y gas tienen trayectoria con este tipo de soluciones


Los avances y la mayor accesibilidad a las tecnologías que se emplean para su desarrollo han impulsado una mayor adopción de este tipo de soluciones.


En el diseño de un gemelo digital se pueden distinguir cuatro bloques fundamentales: la realidad física (equipo, proceso, producto), la realidad digital (modelos digitales), la conexión entre ambas (datos) y un entorno integrado de información.
La realidad física puede representar un equipo, un proceso, un producto, un sistema o un servicio. Pueden existir gemelos digitales de varios componentes individuales que se interconecten para formar un gemelo compuesto de un equipo o proceso más complejo. Por ejemplo, puedo tener gemelos digitales de cada uno de los equipos que componen una línea de producción, combinarlos para tener el gemelo digital de la línea y así sucesivamente hasta conformar el gemelo digital de toda la fábrica.


Los modelos digitales establecen la identidad de su equivalente en el mundo real. Para ello se emplean modelos computacionales o analíticos que permiten describir, comprender y predecir el comportamiento de su gemelo en el mundo real e incluso, prescribir acciones sobre él. Por ejemplo, un modelo 3D de una instalación industrial permite en fase de diseño, identificar la posibilidad de colisiones con otros elementos. Un modelo de analítica avanzada o inteligencia artificial puede ayudar a predecir un posible fallo en un equipo crítico y proponer actuaciones sobre el mismo para evitarlo.


Los datos proporcionan el vínculo entre el modelo digital y la realidad física. Los datos operativos en tiempo real (proceso, seguridad, estado de los equipos, etc.) describen el estado y comportamiento de su gemelo en la realidad. Deben capturarse, organizarse y contextualizarse adecuadamente antes de que puedan correlacionarse con el modelo digital. Una vez organizados, se pueden enriquecer con otros datos que describan el comportamiento (actual e histórico) de ese activo y las acciones tomadas para influir en ese comportamiento (órdenes de trabajo, inspecciones de calidad, datos comerciales, etc.) a lo largo del ciclo de vida de la instalación (especificaciones de diseño, P&IDs, manuales de operación, etc.).


El entorno integrado de información permite interactuar con el gemelo digital. Idealmente, debería ser posible navegar a través de un contexto común para acceder a las distintas piezas de información que contiene el gemelo digital. Generalmente, se seleccionan e integran las herramientas de visualización necesarias que permitan acceder de una manera sencilla a los distintos niveles de detalle requeridos por cada usuario. Un entorno de navegación 3D es adecuado para localizar dónde está un equipo en el que se ha detectado un potencial fallo. Un entorno de visualización en tiempo real permitirá realizar un análisis detallado del comportamiento de las variables que pueden haber influido en ese fallo. El reconocimiento de voz, los asistentes virtuales y la realidad aumentada pueden enriquecer además la interacción con el gemelo digital.


Para la industria, el uso de herramientas de simulación, modelado o análisis no es algo nuevo. Sectores como el aeronáutico o el de petróleo y gas, tienen trayectoria con este tipo de soluciones. En fases de ingeniería (diseño, construcción, comisionado) para optimizar tiempos de ejecución y evitar errores. En fase de funcionamiento, para optimizar la operación y el mantenimiento de las instalaciones. También para promover la capacitación de las personas desde la puesta en marcha e idealmente durante el ciclo de vida de la instalación. El esfuerzo económico y humano necesario para implementar y mantener estas iniciativas era a menudo un condicionante para llevarlas a cabo.


En el diseño de un gemelo digital se pueden distinguir cuatro bloques fundamentales: la realidad física, la realidad digital, la conexión entre ambas y un entorno integrado de información


Un gemelo digital debe ser un trabajo progresivo, que evoluciona y escala. Es fundamental la selección de herramientas que proporcionen la flexibilidad necesaria para enriquecer y ajustar los distintos tipos de modelos construidos, el volumen de datos que se necesitan y los métodos por los cuales se comparte la información.


Otro aspecto importante es definir el nivel óptimo de abstracción para cubrir los requisitos del caso de uso que persigue. El retorno de la inversión en un gemelo digital no está relacionado linealmente con la cantidad de datos recogidos. Su valor dependerá de la precisión de los modelos, la calidad de los datos y la facilidad en el acceso a la información.


En los gemelos digitales convergen tecnologías asociadas a diversos ámbitos (ingeniería, operación y tecnologías de la información). Por lo que es necesaria la cooperación de equipos multidisciplinares para un desarrollo y mantenimiento efectivos durante el ciclo de vida de su gemelo real.


Por más versátiles y potentes que sean las tecnologías digitales, el propósito del gemelo digital debe ser determinante: permitir que las personas analicen, comprendan y actúen de manera más eficaz… Es ahí donde estará la verdadera rEvolución.


Raquel Mateos Tejada
Executive Territory Manager, OSIsoft España
Miembro del Grupo Industria Conectada 4.0 en ISA Sección Española


Este artículo aparece publicado en el nº 522 de Automática e Instrumentación, págs. 22 a 23.

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